卡耐基梅隆大学机器人研究项目

自适应交通信号灯

作为CMU的Traffic21倡议的一部分，我们正在研究城市道路网络 自适应交通信号控制策略的设计和应用。我们的研究有三个主要 的主题：（1）发展信号化策略，允许实时响应交通状况的变化

尽快用于器械测试和外科医生评估的非接触式三维手术器械跟踪。

盲人旅行的辅助机器人

随着机器人技术发展到可以与人合作的共同机器人或机器人成为 现实的阶段，我们需要确保这些合作机器人同样能够与残疾人进 行交互。这个项目通过在盲人旅行者的辅助机器人环境中探索有 意义的人机交互（HRI）来解决这个挑战。

建筑物自动化逆向工程

这个项目的目标是使用三维传感器的数据自动重建紧凑，准确，和语义丰富的建筑内部模型。

自主驾驶运动规划

这个项目的目标是为高速公路和城市自动驾驶开发高效，高性能 的运动规划方法。

自主移动装配（ACE）

ACE项目涉及自主移动装配。

自主车辆健康监测

随着国防部自主车辆开始承担更复杂和更长时间的任务，他们需 要将其传感，致动和计算能力的现状纳入其任务和任务计划中。

自主车辆安全验证

该项目调查自动驾驶行为的安全性验证。

自主葡萄园冠层和产量估算

该研究项目的目的是设计和演示新的传感器技术，以自动收集葡 萄园的作物和冠层尺寸估算 - 方便，准确，准确和高分辨率 - 通过使生产者能够测量和管理主要单个葡萄藤生产的组成部分。

生物可降解电子

我们正在开发植入式生物可降解电子设备，提供在有限的时间段 内提供治疗功能的潜力 - 数周至数月 - 与应用的预期需求一起 降低，因此不需要手术切除。一种应用是连接到电刺激电极以增 强骨再生的生物可降解射频（RF）发电机。

我们正在开发植入式无线MEMs传感器，用于监测骨再生和左心室 压力等各种应用，以便及时向临床医生提供反馈信息，帮助他们 更好地决定治疗干预的时机。

生物打印

我们设计并制造了基于喷墨的生物打印机，以可控制地将各种生 长因子和其他信号分子的空间模式沉积在可生物降解的支架材料 上以引导组织再生。

基于血浆的生物塑料

我们已经开发出一种制造工艺，将捐赠的血浆和血小板转化成便 宜的现成生物活性塑料，以增强和加速组织愈合。这些材料包含 高浓度固体到半固体形式的自然生长因子的混合物，当生物塑料 降解时可控制地洗脱这些因素。这项技术目前正在进行人体临床 试验。

基娅拉

Chiara是一个新的开源教育机器人，在卡耐基梅隆大学 Tekkotsu实验室开发，将由RoPro Design，Inc制造和销售

MEMS布局的电路提取

我们正在开发一个MEMS提取模块，读取布局结构的几何描述并重 构相应的原理图。

特种作物综合自动化

CASC是由卡耐基梅隆机器人研究所（Carnegie Mellon Robotics Institute）领导的综合性机构，主要针对以苹果和园艺种植为主 的特种农业的需求。

计算机辅助医疗仪器导航

我们正在开发一个系统来帮助临床医生准确地导航人体心脏内 各种导管。

建筑构件的上下文识别

在这个项目中，我们正在研究如何利用空间环境来识别核心建筑 组件，如墙壁，地板，天花板，门和门道，以便使用3D传感器数 据对室内建模。

合作机器人船只

这个项目的目标是让大量非常便宜的机动船提供情境意识，并为 洪水灾民提供关键的应急物资。

CTA机器人

该项目针对自然环境下移动机器人导航的场景解译和路径规划问 题。

抑郁症评估

该项目旨在计算与面部表情，身体姿势和临床访谈中的声带显示 的抑郁程度相关的量化的行为测量。

杂乱环境中的详细墙模型

这个项目的目标是开发方法来精确模拟墙面，即使它们被部分遮 挡，并且包含许多开口，如窗户和门口。

人类环境中动态稳定的移动机器人

我们正在开发新颖的动态稳定的滚动机器和步行机器的研究平台，以研究与人们的互动，并在正常的家庭和工作场所环境中运行

外在的敏捷

“外在灵巧”是通过手臂运动协调手指动作，以非常简单的方式 进行灵巧操作的一种方法。更常见的方法是完全依靠手的手指，这需要至少三个手指和至少九个电机。我们已经用MLab手的单发 动机证明了外在的灵活性，与手臂的运动协调一致。

预测前十字韧带断裂模式

使用机器学习技术来预测前十字韧带损伤模式（ACL）使用非侵入 性的方法。

人体控制与网络物理系统相互作用的形式化模型

网络物理系统（CPS）涵盖了包括未来能源系统（例如智能电网），国土安全和应急响应，智能医疗技术，智能汽车和航空运输等 多种系统。本项目的目标是开发基于认知的操作人员的分析模型，使其能够与物理/机器人系统的模型相结合，从而可以对整个混 合人 - CPS系统进行正式验证。

自治系统的形式验证

我们正在开发工具和技术来支持自治系统的形式验证。

MEMS合成基础

缩短MEMS开发周期

Google Lunar X奖

我们是3000万美元的国际竞赛的一部分，将机器人安全地降落在 月球表面，在月球表面500米处飞行，并将和数据传回地球。

GPS拒绝使用地面和飞行器进行本地化

在这个项目中，我们正在开发测绘和定位方法，将来自卫星和高 空平台的航空影像与来自地面机器人的地图和感知相结合，即使 在GPS不可用的情况下也能生成综合地图。

手持力放大镜

我们已经开发出了一种新颖而相对简单的方法来放大操作者使用 工具所察觉到的力量。传感器测量工具尖端和操作者手指握住 手柄之间的力。

HeartLander

一种微型移动机器人，通过单个经皮切口在跳动的心脏上进行微 创治疗。

直升机避障和着陆

在这个项目中，我们开发了自主式直升机的轨迹规划系统。直升 机用于货物运输。要了解有关轨迹规划系统的更多信息，请参阅 以下出版物。

高铰接式机器人探针

我们开发并测试了基于高度关节式机器人探头的创新方法的原型。

热闪光检测

机器学习算法检测妇女潮热使用生理措施。

人机交互项目探索了人与机器人之间的社交互动方面，特别是如 何设计机器人来为人们提供适当的互动。

水培自动化

我们正在开发廉价的机器人方法，用于水培生长，这可以提高作 物总产量。

显微手术的原位引导

我们利用光学相干断层扫描（OCT）开发了一种新的基于的显 微手术引导系统，该系统在扫描组织内部的正确位置呈现持续更 新的虚拟。OCT在软组织或透明组织中以2-6mm轴向范围内 视频速率提供实时的6微米分辨率，因此适用于指导眼睛中各种目标。

室内飞行在退化的视觉环境中

我们的目标是在恶劣的视觉环境中进行室内飞行，以使人员和火 灾本地化。我们正在开发准确的实时定位和控制，以便能够在这 些具有挑战性的条件下飞行。

室内人本地化

利用蓝牙设备的连接跟踪室内环境中的多个人。

集成MEMS惯性测量单元

开发单片式惯性测量单元，利用集成的微型设备CAD工具，实现超 越单个微型设备的卓越系统性能。

装配操作的智能监控

我们的目标是让人们和智能灵巧的机器作为工业工作单元内组装 操作的合作伙伴安全地一起工作。为了确保活跃的机器人设备中工作人员的安全，我们使用视觉和3D感测技术（如立体照相机和 闪光激光雷达）来检测和跟踪工作单元内的人员和其他移动物体。

游戏杆过滤运动障碍

为运动障碍的电脑用户过滤操纵杆输入

乐高教育机器人

自我进度的机器人教育实验室

生活在阿塔卡马

机器人实地调查将带来新的科学认识，将阿塔卡马作为生命的栖 息地，并与火星形成鲜明的类比。

液化天然气管道远景

爬管机器人目视检查液化天然气（LNG）装置中的管道是否腐蚀。

低空飞行器

我们利用最初为地面机器人车辆开发的感知技术，在现场机器人中心进行了20年的研究。我们将这种成熟的感知和控制技术与以 飞机为中心的工程和优化相结合。

LSTAT /蛇机器人

我们正在与美国陆军的TATRC部门（远程医疗和先进技术研究中心 ）合作，将蛇机器人整合到LSTAT系统中。

月球冰探索计划

破冰船是探索月球南极的计划任务。

月面开挖和运输

这项研究开发轻型机器人挖掘机挖掘和运输月球上的风化土（松散土壤）。

月球探测器用于极地陨石坑探测

圣甲虫月球车的设计目的是携带1米取心钻和科学仪器的有效载荷，可分析氢气，氧气和其他材料的丰度。

用于智能语义映射的微型飞行器侦察

这个项目的目标是开发一个低空飞行，M****侦察兵地图建设的下一级能力。研究将展示在混乱的环境中快速侦察并获取相关的语义 注释地图。

美光：智能显微手术器械

抑制手部震颤，提高显微手术的精确度。

模块化蛇机器人

铰接式机器人是机器人学院生物机器人实验室正在进行的研究项 目的中心。我们称之为机器人Modsnakes，因为它们具有相同元素 的模块化（即重复）结构。每个模块有一个单一的旋转自由度，当链接在一起，形成蛇机器人。

沿海海洋过程监测

本项目试图阐明基于自适应机器人采样与人决策相结合的环境场 模型综合的基本原理

莫尔斯

MORSE项目是一个模拟的范围操作，旨在评估认知模型和代理人 有效性，以提高个人和团队的表现。

在移动障碍中的导航

机器人在可重构环境中工作的自主运动规划和控制。

NavPal

城市环境的安全和独立导航是无障碍城市的关键特征。有体力挑 战的人需要实用的，可定制的，低成本的和易于部署的机动性辅 助设备，以帮助他们安全驾驶城市环境。技术工具提供了使残疾 人能够克服一些日常挑战的机会。

针头转向脑部手术

我们正在开发针对微创导航的灵活针头的高精度比例转向。

PeepPredict

我们正在应用机器学习技术来模拟和计算各种环境下人们的长期 和短期轨迹。

规划操作

开发自主操作的算法。

ProbeSight

我们正在使用摄像机给超声波传感器的视觉。这可能最终导致超 声数据在其解剖上下文中的自动分析，如从具有关于患者的外部 的自己的视觉输入的超声探头中获得的。我们正在探索安装在探 头上的摄像头，以及可以查看患者外部大部分的光学跟踪式独立 摄像头。

ACCESS Paratransit运输的实时调度

该项目的目标是通过开发和部署动态的实时调度技术来提高辅助 服务提供商管理日常运营的有效性。

无障碍公共交通RERC

我们正在研究和开发方法，以帮助消费者和服务提供商设计和评 估无障碍运输设备，信息服务和物理环境。

河流映射

这个项目正在开发技术，以从低空旋翼飞机映射河流环境。面临 的挑战包括处理河流和周围树冠的不同外观，间歇性GPS和高度有 限的有效载荷。我们正在开发自监督的算法，可以从车载摄像头 分割，以确定前方河流的走向，我们正在开发能够绘制海岸 线的设备和方法。

Roboceptionist

与戏剧部合作，我们正在开发长期的社交互动技术。

机器人传感器船

我们提出了一个自主的机器人传感器船（RSBs）开发的湖泊和河 流淡水质量评估和我们的多级自治机器人远程监控架构（MARTA） 控制。

机器人的地下救援意识

机器人是地下救援行动（如矿难）救生的潜在工具。人类救援人 员受到劳动力，爆炸危险，空气质量，烟尘可见度，精神压力和 身体耐力的阻碍。

强大的自主高速公路驾驶行为

这个项目的目标是发展强大的自主高速公路驾驶行为，包括：距 离保持处理入口坡道; 高密度车道选择和合并; 推理传感器的信 心，退化和失败; 并容纳人与环之间的互动。

公路工作区的鲁棒性检测

这个项目正在开发计算机视觉算法来检测和分类公路工作区。

UGV的安全性

灵活的，基于行为的安全方法降低了操作大型，快速移动的UGV 风险。

MEMS的原理图设计

我们已经开发了节点模拟软件，以便使用MEM组件的MEM分层结构 来实现MEMS设计的结构化表示。

科学自治

科学自治项目旨在通过自动检测相关科学特征，特征属性分类以 及即时响应的勘探计划，提高机器人行星调查的准确性和有效性。

搜寻及救援

为城市搜索和救援人员提供更多的技术工具来帮助寻找和拯救自 然灾害的受害者。

感觉和避免

我们正在开发自主感知和避免的无人机（U****）。

形状稳定的身体框架

蛇机器人设计

分析设计蛇机器人的重要因素，并实施新的设计。

社交机器人

我们正在开发具有个性的机器人。

软组织模拟整形手术

声波手电TM

我们正在开发一种医学可视化方法，将实时超声与直接的人 类视觉相结合。

特种作物自动化

可持续特种农作物综合自动化农业项目团队由美国国家机器人工 程中心（NREC），佛罗里达大学，康奈尔大学和约翰迪尔公司为 柑橘种植者提供精准的农业和自动化设备。

堆叠计划

生成多面体钣金零件的计划。

压力测试自治系统

自治体系结构（STAA）的压力测试发现了其他类型的测试不太可 能发现的自治系统安全问题。

扫描监测

NREC开发了清扫监视系统（SMS），用于训练士兵和排雷人员使用 手持地雷探测器。

航空机器人基础设施分析师（ARIA）

航空机器人基础设施分析师（ARIA）快速创建全面，高分辨率，语义丰富的基础设施三维模型 - 基础设施检查的交互式助手。

电缆差动（ECD）腿

我们正在设计一种双足机器人，能够跑步，步行，跳跃，跳跃，并且通常以高度动态的方式表现。

将曲面表示转换为体积表示

该项目的目标是将从感测数据中自然产生的基于表面的表示转换 为CAD和BIM所需的体积表示。

可再生能源交通能源（TERRA）

我们正在开发一个机器人表型系统，用于作物快速选育决策。该 系统将传感器置于天篷内进行测量，无法从上方或下方观察到。然后使用机器学习和计算机视觉算法从原始传感器数据生成表型 数据。

寻宝：拾取队伍

我们正在开发一个单一的异构人机器人团队，能够有效地定位感 兴趣的对象（宝藏）分布在复杂的，以前未知的环境。

树库存

树木库存系统使用车载传感器来自动计算和映射果园中树木的位 置。

隧道映射

NREC正在开发一种低功耗，小型，轻量级系统的研发工作，通过 精密隧道绘图程序生成精确的隧道三维地图。

TURBO-PLAN：互动任务计划顾问

地下采矿作业员协助

自动化连续采矿机和屋顶锚固单元的功能。

自然变化环境下的车辆定位

这个项目的目的是开发地点匹配的方法，这些方法对短期和长期 的环境变化是不变的，以支持GPS拒绝情况下的自主车辆定位。

非常崎岖的地形非完整轨迹生成和运动规划流浪者

我们正在开发用于局部路径规划和使用约束搜索空间的最佳区域 运动规划方法的粗糙的terraintrajectory生成算法。

利用最优生成抽样策略的可视化产量映射

这个研究项目的目的是开发方法，自动收集视觉数据来推断，估计和预测作物产量 - 生产高分辨率的产量地图，在大规模和 准确。为了达到效率和准确性，统计抽样策略是针对样本数量，样本位置，抽样成本和作物估计准确度最佳的人机器人团队设计 的。

机器学习部门名录

计算机科学学院

卡耐基梅隆的机器学习部（MLD）于2002年推出了全球首个机器学 习博士课程，该计划每年都在不断增加。我们有来自16个不同国 家的不同国家的学生，他们都是学士或硕士。我们的一些学生有 行业经验，并已决定回到学校。我们现有学生的背景包括计算机科学，数学科学，工程学，自动化，商业经济学，计算生物学，金融学和神经科学。

在2015年，我们增加了5年制硕士课程，也是统计与机器学习本科 专业。

2014年8月，我们开设了机器学习硕士学位作为终端学位。我们 还提供机械学习的二级硕士学位，只提供给当前的卡耐基梅隆博 士学生和匹兹堡校区的CMU工作人员。

2012年1月，我们为卡耐基梅隆大学本科生提供了机器学习本科专 业。

我们的教职员工在机器学习领域享有盛名，包括（6）AAAI研究员，（4）ACM研究员（4）IEEE研究员，并因其在机器学习，机器人 技术，人工智能，统计学和计算机科学。我们的学生也获得了无 数奖项，我们的毕业生继续在众多领域做出贡献，在顶尖大学任 教，或者在谷歌和雅虎研究院等地找到工作。

盖茨希尔曼中心，8楼

匹兹堡，宾夕法尼亚州15213-***

研究咨询：部门查询：Eric Xing

Eric Xing

研究副主任

部门负责人助理

未来博士学生查询：预期MS学生查询：黛安•斯蒂尔

黛安Stidle

研究生项目经理

Dorothy Holland-Minkley

硕士项目协调员

epxing**[ta]**cmu.edu

sharonw**[ta]**cmu.edu

diane**[ta]**cmu.edu

dfh**[ta]**cmu.edu

机器学习部门研究

以下是ML研究项目和实验室的样本。额外的研究项目在个别教师 的主页上进行描述。

autonlab

AUTON实验室

我们的主要研究是有用的数据结构和算法，使大量的数据能够处 理有趣的统计和学习方法。我们对底层的计算机科学，数学，统 计学和我们工作的实际应用非常感兴趣。我们与食品安全分析公共卫生机构，核安全专家，设备队管理人员，社交网络人员，天体物理学家，生物学家，药物公司，勘探公司和机器人专家密切 合作。

www.autonlab.org

brainimage

脑分析研究组

我们小组开发统计机器学习算法来分析fMRI数据。我们特别感兴 趣的算法，可以学习识别和追踪引起观察功能磁共振成像数据 认知过程。

http://www.**.cmu.edu/afs/cs.cmu.edu/project/theo- 73/www/index.html

细胞组织者

由计算生物学系主任Bob Murphy和机器学习部门的一名教师组成 的团队正在将衍生的建模方法与主动学习相结合，以建立一 个持续更新，全面的蛋白质定位模型。获得细胞内所有蛋白质定 位的完整以及它在不同条件下如何变化是一项重要但艰巨 任务，鉴于人体内有一百种细胞类型，数以万计的蛋白质表达于 每种细胞类型，以及超过一百万种条件（包括存在潜在的药物或 致病性突变）。自动显微镜可以帮助快速获取大量的，http://www.murphylab.cbi.cmu.edu/CellOrganizer/

飞马数据库组

卡耐基梅隆大学的数据库组专注于高性能数据库体系结构，多媒 体和数据挖掘。我们参与了许多跨学科的工作，并与CMU的其他一 些小组密切合作。

http://www.**.cs.cmu.edu/db-site/

querindipity

Querendipity

工作科学家需要跟踪大量的信息 - 除了科学文献（目前每年增长 百万篇文章）之外，生物学家需要了解什么时候获得了可能影响 他们的新的高通量实验结果工作。传统上用于解决这个问题的生 物学模型是创建一个手工策划的实验结果和文献的社区数据库。Querendipity项目旨在创建一个管理和分发科学数据的新模式。Querendipity是一种个性化的自适应信息系统，通过将多种数据 （包括非结构化文本）松散地集成到一个单一的结构中，可以使 用“无模式相似性查询”来查询 - 这与关键字查询相似，http://www.**.cmu.edu/~wcohen/querendipity/

RTW阅读网页

电脑能学会阅读吗？我们这样认为。阅读网络”是一个研究项 目，试图创建一个计算机系统，随着时间的推移阅读网络。自 2010年1月以来，我们的计算机系统NELL（Never-Ending Language Learner）一直在不断运行，试图每天执行两项任务：一是试图从数亿网页中的文本中“读取”页面（例如，playsInstrument（George_Harrison，吉他））。其次，它试图 提高阅读能力，以便明天可以更准确地从网上提取更多的事实。http://www.rtw.ml.cmu.edu/rtw/

TVN帆船实验室

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在项目的图形模型，贝叶斯方法，推理算法和学习理论分析和采 矿高维，纵向和生物序列，系统基因调控的生物调查，遗传变异 的统计分析的关系数据计算和比较基因组分析，人口统计学和疾 病联系统计学习在文本/挖掘，视觉和机器翻译中的应用

http://www.**iling.cs.cmu.edu/